De l’ADN humain émerge du fond des âges

Tu es né poussière et tu redeviendras poussière. Peut-être, mais cela peut prendre vraiment longtemps, faudrait-il ajouter. Des chercheurs sont parvenus à extraire de l’ADN d’un os d’humain archaïque datant de 400 000 ans, retrouvé dans le nord de l’Espagne. Qu’une partie de cet être, une molécule aussi constitutive que son plan de construction intime, survive pendant près d’un demi-million d’années sans agent conservateur, ni congélation ou autre lyophilisation donne un petit vertige d’éternité. Au-delà de la prouesse technique, les résultats publiés ce jeudi dans Nature par le Max Planck Institut de Leipzig, sèment la pagaille dans notre arbre généalogique. Le spécimen est proche de Neandertal par son arcade sourcilière. Mais par sa mère, il est génétiquement plus apparenté à une molaire exhumée dans le sud de la Sibérie et appartenant à une fillette d’un autre groupe humain aujourd’hui éteint, les dénisoviens.

Au début du séquençage d’ADN ancien, dans les années 1990, on a cru qu’on pourrait remonter jusqu’à la nuit des temps. Cet enthousiasme a donné naissance aux films Jurassic Park. Mais il a fallu déchanter: tous les échantillons avaient en fait été contaminés. Ainsi, l’ADN retrouvé dans un os de dinosaure vieux de 80 millions d’années provenait d’un chromosome masculin humain.

Les techniques de séquençage à haut débit ont toutefois donné un nouvel essor à la paléogénétique. En 2006, une équipe franco-belge annonce avoir séquencé une partie de l’ADN d’un homme de Neandertal datant d’environ 100 000 ans. C’était, jusqu’à aujourd’hui, le plus ancien matériel génétique d’hominine à avoir été déchiffré. En juillet de cette année, d’autres chercheurs publient dans Nature le génome d’un cheval vieux de 700 000 ans. Ce dernier avait toutefois été conservé dans le permafrost.

«La dégradation de l’ADN est progressive mais pas linéaire, explique Luca Fumagalli, du Département d’écologie et d’évolution de l’Université de Lausanne. Elle dépend fortement des conditions environnementales. Ainsi, l’ADN d’un corps jeté dans l’eau peut être illisible au bout de six mois.» Plusieurs processus sont à l’œuvre: une enzyme interne découpe la molécule en morceaux, mais des facteurs externes, comme les chocs, la chaleur, l’humidité ou les micro-organismes, participent aussi à la dégradation.

Le spécimen analysé par l’équipe de Leipzig a été retrouvé avec au moins 27 congénères dans un gisement appelé «Sima de los Huesos» – littéralement, «grotte des os». Dans la cavité, il fait 10 °C et l’humidité approche la saturation. Les spécialistes s’accordent pour dire que l’endroit est assez extraordinaire. Il est tout d’abord difficile d’accès. Situé à 500 mètres de l’entrée, il faut, pour y parvenir, ramper dans un tunnel laissant à peine passer les épaules d’un homme. Puis descendre un puits vertical de 13 mètres pour atteindre les ossements. «Il y a très peu d’air qui circule, relève Matthias Meyer, un des auteurs de l’étude. La grotte est un très bon régulateur de température.»

En effet, outre le bond temporel que constitue cette analyse, remonter aussi loin représente aussi une difficulté à cause des changements climatiques. «Pendant les 100 000 dernières années, la température a surtout été plus fraîche qu’actuellement, souligne le chercheur. Mais auparavant, il y a eu des périodes plus chaudes.» Il estime que la grotte a joué un rôle de «parfait frigidaire»: «Au final, entre les périodes glaciaires et interglaciaires, les variations internes n’ont probablement pas dépassé les 5 °C.»

L’équipe du Max Planck Institut a amélioré sa technique d’extraction et de purification des échantillons et optimisé sa méthode d’analyse pour les séquences courtes. En effet, alors que les molécules d’ADN font parfois des centaines de millions de paires de «lettres» de longueur, les fragments qu’ils ont retrouvés n’en faisaient jamais plus de 50. Autre écueil: au fil du temps, une réaction chimique spontanée appelée déamination, réécrit l’histoire, remplaçant certaines lettres par d’autres. Les chercheurs se sont d’ailleurs basés sur ces modifications pour distinguer l’ADN ancien des contaminations apportées par les archéologues et par eux-mêmes.

Pour l’instant, ils ont toutefois dû se contenter de lire l’ADN mitochondrial, celui des mitochondries, les petites usines à énergie de nos cellules. Il s’agit d’un matériel génétique assez particulier, puisqu’il se transmet uniquement de mère à enfant, sans se mélanger avec le reste du patrimoine. Mais contrairement à l’ADN classique, ou «nucléaire», on en trouve des centaines de milliers d’exemplaires par cellule.

«Techniquement, ces travaux sont très intéressants», commente Christoph Zollikofer, paléoanthropologue à l’Université de Zurich. Un avis partagé par Luca Fumagalli: «Ils repoussent l’étude de l’évolution humaine jusqu’à 400 000 ans, c’est un progrès considérable.» Les deux spécialistes sont plus prudents avec l’interprétation des résultats. Tout comme Matthias Meyer, d’ailleurs: «Ce n’est qu’un premier aperçu, mais ce que nous trouvons est surprenant.»

En effet, morphologiquement, le fossile appartiendrait à une catégorie un peu vague appelée Homo heidelbergensis. Il partage aussi plusieurs traits, surtout faciaux et craniaux, avec Neandertal. Mais son ADN mitochondrial est plus proche de celui de la fillette de Denisova.

A partir de là, toutes sortes d’hypothèses sont possibles. Il pourrait s’agir d’un ancêtre commun aux groupes des néandertaliens et des dénisoviens, mais pas aux hommes modernes, qui ont divergé de ces lignées antérieurement. «Il est aussi possible qu’un aïeul des dénisoviens et du spécimen de la Sima de los Huesos se soit à un certain point métissé avec des humains bien plus archaïques, comme Homo erectus, par exemple», avance Svante Pääbo, un autre auteur de l’étude. Il y aurait ainsi eu un transfert «horizontal» d’ADN mitochondrial.

«C’est le problème de cet ADN, il ne raconte qu’une partie de l’histoire», relève Matthias Meyer. «L’ADN mitochondrial et l’ADN nucléaire ne disent pas toujours la même chose», ajoute Christoph Zollikofer. Il cite l’exemple des orangs-outans des îles de Bornéo et Sumatra. Leur ADN mitochondrial a divergé il y a 1 million d’années. Mais si l’on prend le chromosome masculin des animaux des deux îles, il n’est séparé que par 100 000 ans. «C’est dû au fait que, contrairement aux humains, les mâles sont plus mobiles que les femelles», explique le chercheur.

«Lorsque l’on ne disposait que de l’ADN mitochondrial de la fillette de Denisova, on pensait qu’elle était plus proche des hommes modernes que de Neandertal, illustre Luca Fumagalli. Mais une fois qu’on a eu tout le génome, on s’est rendu compte que c’était le contraire.»

Parvenir à déchiffrer l’ADN nucléaire du spécimen de la Sima de los Huesos ou de l’un de ses congénères est le prochain défi auquel s’attelle l’Institut Max Planck. Il est de taille. Mais vu les progrès spectaculaires réalisés ces dernières années dans le domaine, les espoirs sont permis.

«Ces travaux repoussent l’étude de l’évolution humaine à 400 000 ans, c’est un progrès considérable»